理想點(diǎn)法在變壓器狀態(tài)評(píng)估中的應(yīng)用

孫 娜，王玉凡，陸戌明

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003;2.河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件工程系，河北 保定 071003;3.蕭山供電局，浙江 蕭山 311200)

理想點(diǎn)法在變壓器狀態(tài)評(píng)估中的應(yīng)用

孫 娜1，王玉凡2，陸戌明3

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003;2.河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件工程系，河北 保定 071003;3.蕭山供電局，浙江 蕭山 311200)

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要的電氣設(shè)備之一，變壓器的健康狀態(tài)直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，對(duì)變壓器進(jìn)行科學(xué)狀態(tài)評(píng)估，降低變壓器故障發(fā)生機(jī)率，實(shí)現(xiàn)變壓器的狀態(tài)維修是電力系統(tǒng)迫切需要解決的課題。將理想點(diǎn)引入變壓器狀態(tài)評(píng)估中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器狀態(tài)等級(jí)的一種具體劃分?；诶硐朦c(diǎn)的多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型計(jì)算簡便、思路清晰、結(jié)果合理，有效解決了變壓器狀態(tài)等級(jí)的排序問題。

變壓器;理想點(diǎn)法;狀態(tài)評(píng)估

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要的電氣設(shè)備之一，變壓器的健康狀態(tài)直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，對(duì)變壓器進(jìn)行科學(xué)有效地狀態(tài)評(píng)估，降低變壓器故障發(fā)生幾率，實(shí)現(xiàn)變壓器的狀態(tài)維修是電力系統(tǒng)迫切需要解決的課題。當(dāng)前變壓器狀態(tài)評(píng)估所采用的“是非制”的評(píng)價(jià)方法，這種方法是將變壓器狀態(tài)分為“合格”和“不合格”狀態(tài)，沒有更細(xì)致地進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)方法，不利于變壓器狀態(tài)維修的實(shí)施。本文將理想點(diǎn)引入變壓器狀態(tài)評(píng)估中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器狀態(tài)等級(jí)的一種具體劃分。

1 理想點(diǎn)法

理想點(diǎn)法 (TOPSIS)是一種常用的多目標(biāo)決策方案或者排序分析法，其基本思路是通過構(gòu)造多指標(biāo)問題的理想解和負(fù)理想解，并以靠近理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解兩個(gè)基準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)各對(duì)象的判斷依據(jù)，因此理想解法又稱為逼近理想點(diǎn)法。［1］

(1)建立標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣Zij(無量綱化)，其中元素為

(2)計(jì)算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣

(3)確定正理想解S+跟負(fù)理想解S－

其中J+是值越大越好的指標(biāo)集合;J－是值越小越好的指標(biāo)集合。

(4)計(jì)算第i個(gè)方案到理想解和負(fù)理想解的歐式距離

(5)計(jì)算各方案與理想解的相對(duì)接近程度

按照相對(duì)貼近度的大小對(duì)方案進(jìn)行排序。相對(duì)貼近度越大，方案越優(yōu);反之相對(duì)貼近度越小，方案越劣。

2 變壓器的狀態(tài)評(píng)分項(xiàng)目

電力變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目包括32項(xiàng)變壓器試驗(yàn)、5項(xiàng)變壓器套管試驗(yàn)和12項(xiàng)變壓器油試驗(yàn)。工程中常用的幾項(xiàng)基本的檢測項(xiàng)目有油質(zhì)檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質(zhì)損耗檢測、鐵芯絕緣電阻檢測等。綜合考慮變壓器的故障，各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)的檢測目的、作用、有效性和重要性，工程中實(shí)際執(zhí)行的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目以及搜集到的樣本限制，本文選取了變壓器色譜分析、變壓器電氣試驗(yàn)、變壓器家族缺陷、變壓器自身質(zhì)量情況等4項(xiàng)內(nèi)容作為變壓器的狀態(tài)評(píng)級(jí)項(xiàng)目。

2.1 變壓器氣體試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)分細(xì)則

2.1.1 變壓器氣體試驗(yàn)評(píng)分表

變壓器油中溶解氣體分析 (dissolved gasses analysis，DGA)，工程上稱色譜分析，是發(fā)現(xiàn)變壓器故障的有效手段，油中溶解氣體成分的相對(duì)數(shù)量和形成速率表征了變壓器故障點(diǎn)能量的釋放形式和故障嚴(yán)重程度［2］。文獻(xiàn) ［3］給出了總烴、氫氣、乙炔、甲烷等變壓器油中溶解氣體的注意值。當(dāng)變壓器油中所溶解的CO2、CO濃度偏高時(shí)，通常說明固體絕緣受熱分解。IEC導(dǎo)則推薦以CO2/CO比值作為判據(jù)，本文選取總烴值、甲烷值、乙炔值、氫氣值以及CO2/CO比值或者CO2或CO的含量作為評(píng)分項(xiàng)目，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參見表 1［4］。

表1 變壓器氣體試驗(yàn)評(píng)分表Tab．1 Score of the transformer gas

2.1.2 變壓器電氣試驗(yàn)評(píng)分

工程中變壓器電氣試驗(yàn)主要包括微水含量、絕緣介質(zhì)損耗、吸收比極化比、直流電阻三相不平衡、繞組直流電阻等項(xiàng)目。結(jié)合文獻(xiàn) ［5］給出的電氣試驗(yàn)項(xiàng)目、要求和現(xiàn)場處理數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)，本文選取絕緣吸收比、繞組tan δ、泄漏電流、直流電阻相間差4組數(shù)據(jù)作為變壓器電氣試驗(yàn)評(píng)分項(xiàng)目，具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參見表2［4］。

表2 變壓器電氣試驗(yàn)評(píng)分表Tab．2 Score of the transformer electric test

2.1.3 變壓器家族質(zhì)量缺陷記錄評(píng)分

除預(yù)試之外，家族質(zhì)量缺陷記錄也是影響變壓器維護(hù)策略的重要方面。變壓器的家族質(zhì)量信息需要建立數(shù)據(jù)庫，存放變壓器的基本信息以及缺陷記錄，變壓器的家族質(zhì)量缺陷要對(duì)數(shù)據(jù)庫中同廠家、同型號(hào)或者同電壓等級(jí)的變壓器的缺陷記錄進(jìn)行匯總。但缺陷的性質(zhì)、家族的親疏關(guān)系等不同，影響的程度也不同。同理，這一影響可以表達(dá)為:

式中:ni，wi分別為家族質(zhì)量缺陷記錄評(píng)分及權(quán)重;m為家族缺陷總臺(tái)次數(shù) (包括正常設(shè)備)。若設(shè)備無缺陷，評(píng)分為100，設(shè)備如有致命缺陷，評(píng)分為0。其他情況介于100與0分之間［4］。

2.1.4 變壓器自身質(zhì)量事件

除上述影響因素外，設(shè)備自身經(jīng)歷的不良工況 (如出口短路、雷擊等)、預(yù)試超標(biāo)、運(yùn)行(如各類報(bào)警器)等反饋的質(zhì)量問題，均可能對(duì)設(shè)備狀態(tài)造成威脅。把這些統(tǒng)稱為設(shè)備自身的質(zhì)量事件，變壓器自身質(zhì)量事件要對(duì)變壓器運(yùn)行以來歷次的檢修信息、試驗(yàn)、運(yùn)行信息、缺陷記錄、在線信息等進(jìn)行綜合分析統(tǒng)計(jì)其自身質(zhì)量事件。這里給出一個(gè)綜合影響指數(shù)

式中:m為設(shè)備自身質(zhì)量事件數(shù);ni為設(shè)備自身質(zhì)量事件評(píng)分，根據(jù)對(duì)變壓器設(shè)備潛在影響的大小 (性質(zhì)和程度)，取值為0到100，其中100分表示質(zhì)量事件對(duì)變壓器狀態(tài)沒有或基本沒有影響;0分表示影響是致命的;其他情況介于0分到100分之間［6］。

3 實(shí)例分析

表3給出了4臺(tái)變壓器A，B，C，D根據(jù)第二節(jié)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得到的具體的評(píng)分表，然后得到評(píng)價(jià)矩陣A，進(jìn)一步得出標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣Z

各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)由專家打分來確定，組建變壓器狀態(tài)維修專家決策小組，本文通過分析專家經(jīng)驗(yàn)和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定與相對(duì)應(yīng)的權(quán)重集 wi= {0.4，0.35，0.1，0.15}，得到加權(quán)單位化矩陣，即在決定某電氣設(shè)備可否實(shí)施狀態(tài)維修的諸因素中，氣體試驗(yàn)評(píng)分項(xiàng)目占40%，電氣試驗(yàn)評(píng)分項(xiàng)目占35%，家族缺陷評(píng)分項(xiàng)目占10%，自身質(zhì)量事件評(píng)分項(xiàng)目占15%。再得出加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

進(jìn)而得到評(píng)價(jià)矩陣的理想解為S+=(0，0.193 1，0.053 2，0.090 1)，負(fù)理想解 S－=(0.143 2，0.150 1，0.045 2，0.063 1)。每個(gè)變壓器狀態(tài)與理想解的歐式距離為 D+=(0，0.031 6，0.060 8，0.107 7)，與負(fù)理想解的歐式距離為 D－=(0.109 5，0.079 4，0.051 0，0.009)。4 個(gè)方案與理想解的相對(duì)貼進(jìn)度為 Ci=(1，0.715 3，0.456 2，0.077 1)，可知變壓器的狀態(tài)等級(jí)排序?yàn)锳＞B＞C＞D。

表3 變壓器評(píng)分結(jié)果Tab．3 Grading results of the transformers

4 結(jié)束語

本文將理想點(diǎn)法引入變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)中，具有較高的可信度。基于理想點(diǎn)多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型計(jì)算簡便、思路清晰、結(jié)果合理，有效解決了變壓器狀態(tài)等級(jí)的排序問題。該評(píng)價(jià)結(jié)果也作為變壓器狀態(tài)評(píng)估的有效補(bǔ)充。理想點(diǎn)也能用于變壓器狀態(tài)等級(jí)的確定，但需要制定合理的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，下一步的工作將研究根據(jù)變壓器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用理想點(diǎn)法來確定變壓器的狀態(tài)等級(jí)。

［1］馬亞龍，王精業(yè)，徐享忠，等．基于正負(fù)理想點(diǎn)的仿真結(jié)果評(píng)估方法研究 ［J］．計(jì)算機(jī)工程，2002，28(2):21－22．

Ma Yalong，Wang Jingye，Xu Xiangzhong，et al．Study of evaluation method for simulation result based on positive and negative ideal point［J］．Computer Engineering，2002，28(2):21 －22．

［2］王南蘭，邱德潤．油中溶解氣體分析的變壓器故障診斷新方法 ［J］．高電壓技術(shù)，2006，32(6):35－ 37．

Wang Nanlan，Qiu Derun．New method of power transformer fault diagnosis by dissolved gas-in-oil analysis［J］．High Voltage Engineering，2006，32(6):35－ 37．

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［4］紀(jì)航，朱永利，郭偉．基于模糊綜合評(píng)價(jià)的變壓器狀態(tài)評(píng)分方法研究 ［J］．繼電器，2006，34(5):29－ 33．

Ji Hang，Zhu Yongli，Guo Wei．Research of transformer condition grading based on fuzzy synthesis evaluation［J］．RELAY，2006，34(5):29－33．

［5］DL/T 596－1996，電力沒備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程 ［S］．

［6］劉有為，李光范，高克力，等．制訂電氣設(shè)備狀態(tài)維修導(dǎo)則的原則框架［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(6):64－67，76．

Liu Youwei，Li Guangfan，Gao Ke1i，et a1．Fundamental frame draft guide for condition maintenance of electric powerequipment ［J］． PowerSystem Technology，2003，27(6):64－67，76．

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Zhu Yongli，Shen Tao，Li Qiang．Transformer condition assessment based on support vector machine and DGA［J］．Proceedings of the CSU-EPSA，2008，20(6):111－114．

Research on Transformer Condition Grading Based on TOPSIS

Sun Na1，Wang Yufan2，Lu Xuming3
(1．School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China;2．Department．of Software Engineer，Software Institute of Hebei，Baoding 071003，China;3．Power Supply Bureau of Xiaoshan，Xiaoshan 311200，China)

Power transformer is an essential component in the power system ，transformers directly affect the condition of the power system operation．Therefore，scientific and effective method of transformer condition assessment is an urgent issue which reduce the incidence of transformer failures and achieve the state of transformer power system maintenance．In this paper，the TOPSIS method is introduced to judge e the transformer condition．The calculation of multi-objective evaluation model based on TOPSIS is simple，clear，the result is reasonable，the transformer state scheduling problem is effective solved by this method．

transformer;TOPSIS;condition grading

TM407

A

2010－11－10。

孫娜 (1979－)，女，講師，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理，E-mail:nana_ss@126．com。